KR102594180B1 - 차량용 공기질 관리를 위한 폐열회수 및 축열 기능을 갖는 복합형 환기장치 - Google Patents

차량용 공기질 관리를 위한 폐열회수 및 축열 기능을 갖는 복합형 환기장치 Download PDF

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Abstract

버스나 승합차와 같은 차량의 루프(roof)에 장착하여 에어컨과 연동하면서 운용되어 A/L 축열 교환기의 냉난방 효과를 제공하고, 환기동작시 차량 탑승자가 덥거나 차가운 공기에 그대로 노출되지 않도록 하여 실내 공기와 온도를 항상 쾌적한 상태로 유지할 수 있으며, 폐열회수 및 축열 기능을 통해서 실내 공조 열에너지를 회수하여 차량 내로 유입되는 새로운 공기로 전달함으로써 차량 실내의 공기온도 조절에 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 복합형 환기장치(10)가 개시된다. 복합형 환기장치(10)의 A/L 축열식 열교환기(20)는 함체형상의 제1 본체(30)를 구비하며, 상기 제1 본체(30)의 내부공간 중앙위치에는 복수의 필터들(36)이 마름모꼴 형태로 배치되고, 상기 복수의 필터들(36)에 의해서 한정되는 공간에는 열교환소자(40)가 배치되며, 상기 필터들(36)의 인접위치에는 UV 살균램프(42a,42b)가 배치되고, 상기 A/L 축열식 열교환기(20)의 하부면상에는 실내 에어벤트 챔버(80)가 일체로 장착된다.

Description

차량용 공기질 관리를 위한 폐열회수 및 축열 기능을 갖는 복합형 환기장치{Hybrid ventilation system with waste heat recovery and heat storage functions for vehicles}
본 발명은 차량용 환기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버스나 승합차와 같은 차량의 루프(roof)에 장착하여 에어컨과 연동하면서 운용되어 A/L 축열 교환기의 냉난방 효과를 제공하고, 환기동작시 차량 탑승자가 덥거나 차가운 공기에 그대로 노출되지 않도록 하여 실내 공기와 온도를 항상 쾌적한 상태로 유지할 수 있으며, 폐열회수 및 축열 기능을 통해서 실내 공조 열에너지를 회수하여 차량 내로 유입되는 새로운 공기로 전달함으로써 차량 실내의 공기온도 조절에 소모되는 에너지를 절감할 수 있는 복합형 환기장치를 제공하는데 있다.
최근, 미세먼지/초미세먼지가 사회문제로 주목받으면서 교통수단의 실내 공기질 관리에 대한 관심도가 높아지고 있다. 특히, 자동차는 밀폐된 좁은 공간으로 인해 탑승자가 적은 경우에도 급격한 공기 질 악화로 탑승자의 불쾌감 유발과 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 적절한 환기가 이루어지지 않는 경우에는 짧은 시간내에 급격한 공기질 저하가 발생하여 실내의 산소 농도가 낮아지고, 이산화탄소 및 오염물질의 농도가 높아지는 현상이 발생하게 된다. 그로 인하여, 탑승자의 호흡기 관련 불편함, 졸음 발생, 집중력 저하, 피로감 증가 등의 문제가 발생되며 노약자 등에서는 심각한 건강상의 피해가 발생할 수 있다. 그러므로, 냉난방 운전뿐만 아니라, 실내의 공기질 향상을 위하여 주기적인 환기가 필요하다.
그런데, 차량 운행시 환기를 위해 창문을 열게 되면, 매연, 미세먼지, CO 등 외기에 함유된 도로환경의 유해 오염물질이 그대로 차안으로 들어오게 되어 차량 탑승객들의 건강을 심각하게 위협하게 된다. 자동차의 미세먼지 저감을 위한 기술이 다수 개발되고 있으나, 대다수는 차량운행중 발생하는 미세먼지 저감 또는 외부 비산 미세먼지 저감에 집중되고 있다. 차량의 실내 공기질 관련해서는 버스나 승합차와 같은 차량의 환기에 대한 기준 조차 없는 실정이며, 차량의 실내 공기질 개선 및 관리를 위한 대책 수립이 시급한 상황이다.
대중이 이용하는 모든 시설(밀폐 밀집 공간)에는 환기가 선택이 아닌 필수화 되어버린 작금의 상황에서, 버스와 같은 대중교통 또는 어린이 통학차량으로 많이 운행되는 승합차량의 환기 방안이 조속히 한정되어야 하는 상황이다. 차량내의 환기방법은 기존의 방식에서 탈피하여 청정 실내 공기질 관리를 위한 획기적인 환기 방안수립이 요구되는데, 기계식 강제 환기의 도입이 한가지 해법이 될 수 있으며, 2020년 2월에 시작된 COVID-19 팬데믹 위기는 환기장치의 새로운 패러다임을 요구하고 있다.
한편, 온실가스 감축과 탄소제로 사회를 만들기 위한 전 세계 국가들의 관심과 노력으로 인해 오랜 기간 동안 핵심 교통수단으로 활약해왔던 휘발유·경유차 등의 내연기관 자동차는 퇴출 수순을 밟게 되고 그에 대한 대안으로서 전기차 및 수소전기차와 같은 친환경차가 각광을 받고 있다.
그런데, 전기차의 경우 실내 공기의 냉방 및 난방시 배터리의 전기를 사용하게 되어 주행거리가 감소하는 문제점이 있다. 특히, 겨울철 난방시에는 그 영향이 크게 나타나 상온 주행거리 대비 30~50% 수준의 주행거리 감소가 발생하고 있는 실정이다. 따라서, 냉난방 작동시 환기로 인해 발생하는 에너지 손실을 줄이는 것이 필요하다.
대한민국 특허등록 제10-1678380호(등록일자: 2016년 11월 1일)에는 전기 에너지를 사용하는 차량의 전력 사용량을 감소시켜서 차량의 주행거리가 연장되게 하는 전기 자동차용 대향류 현열 교환기를 장착한 폐열회수 환기 시스템이 개시되어 있다. 상기 특허등록에서는 흡기측 구조와 배기측 구조의 설계변경을 통해서, 차량의 주행 시 또는 차량의 전방향으로부터의 공기 유동이 있을 때 댐퍼를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하여 전기적인 소모량을 최소한 상태에서 차량의 실내 온도를 적정하게 유지하는 기술이 소개되어 있다.
그런데, 상기 특허기술로도 어느정도 전기 소모량을 줄이는 효과는 있겠으나, 위에서 언급한 바와 같은 차량의 청정 실내 공기질 관리문제와 에너지 절감문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 새로운 패러다임의 폐열활용 환기시스템의 개발이 절실하게 필요하다.
대한민국 특허등록 제10-1678380호(등록일자: 2016년 11월 1일) 대한민국 등록실용신안 제20-0189294호(등록일자: 2000년 5월 4일)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 버스나 승합차와 같이 다중의 대중이 이용하는 차량의 루프(roof)에 설치하여 차량의 환기, 공기정화, 미세먼지 저감 등 복합기능 구현을 통해 차량의 실내 공기질을 최적의 상태로 관리할 수 있는 폐열회수 및 축열 기능을 갖는 복합형 청정 환기장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 버스나 승합차와 같은 차량의 실내 공기 환기 시 필연적으로 배출되는 실내 공조 열에너지를 회수하여 차량 내로 유입되는 새로운 공기로 전달함으로써, 차량 실내의 공기온도 조절에 소모되는 에너지를 절감할 수 있도록 하여 환기장치운영/냉난방기 가동에 의한 에너지 소비를 최소화할 수 있는 폐열회수 및 축열 기능을 갖는 복합형 청정 환기장치를 제공하는데 있다.
전술한 바와 같은 기술적 과제들을 해결하기 위해서, 본 발명은,
차량용 공기질 관리를 위한 폐열회수 및 축열 기능을 갖는 복합형 환기장치로서,
A/L 축열식 열교환기 - 상기 열교환기는 함체형상의 제1 본체를 구비하며, 상기 제1 본체의 내부공간 중앙위치에는 복수의 필터들이 마름모꼴 형태로 배치되고, 상기 복수의 필터들에 의해서 한정되는 공간에는 전열교환소자가 배치되며, 상기 제1 본체의 내부공간 중앙위치에서 상기 필터들의 인접위치에는 UV 살균램프가 배치되되, 상기 UV 살균램프는 상기 제1 본체의 제1 바닥에서 상기 필터들의 좌우측에 대칭적으로 배치됨 -; 및
상기 A/L 축열식 열교환기의 하부면상에 일체로 결합되는 실내 에어벤트 챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합형 환기장치를 제공한다.
상기 복합형 환기장치에 있어서, 상기 제1 본체의 내부공간은 상기 UV 살균램프와 상기 제1 본체의 제1 측벽을 경계로 하여 제1 컴파트먼트(first compartment), 제2 컴파트먼트(second compartment) 및 제3 컴파트먼트(first compartment)로 분할되고, 상기 제1 컴파트먼트에는 흡기팬 및 내부청소운전 제어댐퍼가 배치되고, 상기 제2 컴파트먼트에는 상기 전열교환소자와 상기 필터들이 배치되며, 제3 컴파트먼트 내에는 배기팬 및 축열시스템 제어댐퍼가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 복합형 환기장치에 있어서, 상기 제1 컴파트먼트에 인접한 상기 제1 측벽의 일측에는 외기흡입포트(OA)가 설치되며, 상기 외기흡입포트(OA)에는 상기 흡기팬이 연통하도록 배치되고, 상기 제1 컴파트먼트에 인접한 상기 제1 측벽의 타측에는 내기배출포트(EA)가 설치되며, 상기 제3 컴파트먼트에 인접한 상기 제1 바닥의 일측에는 내기흡입포트(RA)가 설치되되, 상기 내기흡입포트(RA)는 상기 제1 바닥으로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성되고, 상기 내기흡입포트(RA)에는 배기팬이 연통하도록 배치되며, 상기 제3 컴파트먼트에 인접한 상기 제1 바닥의 타측에는 외기공급포트(SA)가 설치되되, 상기 외기공급포트(SA)는 상기 제1 바닥으로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 복합형 환기장치에 있어서, 상기 실내 에어벤트 챔버는 상기 내기흡입포트(RA)와 상기 외기공급포트(SA)를 에워싸도록 상기 A/L 축열식 열교환기의 하부면상에 장착되는 것을 특징으로 한다.
상기 실내 에어벤트 챔버는 상부가 개방된 함체형상의 제2 본체를 가지며, 상기 제2 본체의 사방 제2 측벽에는 하나이상의 외기 공급구가 형성되고, 상기 제2 본체의 제2 바닥에는 다수의 내기 흡입구들이 형성된 것을 특징으로 한다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 열교환기의 내부공간을 3개의 컴파트먼트로 분할하고 외기 도입구측과 환기 도입구측에 각각 흡기팬과 배기팬을 배치하며 실내로 흡입되는 실외공기와 실외로 배출되는 실내공기가 서로 열교환될 수 있도록 중앙 컴파트먼트에 열교환소자를 배치함으로써, 외부의 공기와 실내공기가 열교환소자를 통과하면서 서로 교차할 때, 실내 공조 열에너지를 회수하여 실내로 유입되는 새로운 공기에 전달하여 차량 실내의 공기온도 조절에 소모되는 에너지를 절감할 수 있다.
또한, 버스나 승합차에서 환기시에 외부의 공기가 그대로 차량의 실내로 유입되어 차량의 탑승자가 덥거나 차가운 공기에 그대로 노출되어 불쾌감을 느끼게 되는 문제점이 원천적으로 해결된다. 게다가, 외기의 온도에 따라서 실내온도가 급격하게 상승하거나 저하하는 문제점 또한 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합형 환기장치에서는, 냉난방 가동시에 환기동작 및 외기도입 차단상태로 운전하여, A/L 축열식 열교환기에 실내 냉방 또는 난방을 통해서 차가워지거나 데워진 공기를 제공하여 외기 도입시(=환기운전) 실내온도와 최대한 근접한 온도로 반입할 수 있게 된다. 본 발명에 따른 복합형 환기장치는 향후 전기 자동차 및 특장차, 대형 대중 교통 시스템 등의 환기 시스템에 활용이 될 수 있으며, 냉방과 난방 작동시 환기로 인해 발생하는 에너지 손실을 크게 저감시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합형 환기장치중 A/L 축열식 열교환기의 내부를 보여주는 도면;
도 3은 도 1에 도시된 A/L 축열식 열교환기의 내부를 정면에서 바라본 도면;
도 4는 도 1에 도시된 A/L 축열식 열교환기의 저면을 나타낸 도면;
도 5는 도 4에 도시된 A/L 축열식 열교환기의 저면상에 실내 에어벤트 챔버가 장착된 상태를 나타낸 도면;
도 6은 도 5에 도시된 실내 에어벤트 챔버의 사시도;
도 7은 도 5에 도시된 실내 에어벤트 챔버의 측면도;
도 8은 도 5에 도시된 실내 에어벤트 챔버의 평면도;
도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합형 환기장치의 구성 및 작동상태를 나타낸 도면; 및
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합형 환기장치가 차량의 루프(roof)에 적용된 사용상태도.
본 발명에 따른 차량용 복합형 환기장치는 기계식 강제(=능동형) 환기시스템 적용을 통해서 미세먼지, VOC 등의 실내 오염물질은 외부로 배출하고 신선하고 새로운 공기를 실내로 유입하여 버스나 승합차와 같은 다중이 이용하는 차량의 실내 공기상태를 쾌적한 상태로 유지할 수 있다.
또한, A/L 축열식 열교환기를 통해서 폐열회수기능 및 축열기능이 가능하므로, 버스나 승합차와 같은 차량의 실내 공기 환기 시 필연적으로 배출되는 실내 공조 열에너지를 회수하여 차량 내로 유입되는 새로운 공기로 전달함으로써, 차량 실내의 공기온도 조절에 소모되는 에너지를 절감할 수 있도록 하여 환기장치운영/냉난방기 가동에 의한 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 공기질 관리를 위한 복합형 환기장치(10)에 대해 상세하게 설명한다.
상기 복합형 환기장치(10)는 버스나 승합차와 같은 다중의 대중이 이용하는 차량의 루프(roof)에 설치되기에 적합하도록 구성된다. 상기 복합형 환기장치(10)는 A/L 축열식 열교환기(20) 및 상기 A/L 축열식 열교환기(20)의 하부면상에 일체로 결합되는 실내 에어벤트 챔버(80)를 포함한다(도 5 참조).
도 1 내지 도 4에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합형 환기장치중 A/L 축열식 열교환기(20)의 구성이 나타나 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 A/L 축열식 열교환기(20)는 함체형상의 제1 본체(30)를 구비한다. 제1 본체(30)는 제1 바닥(32)과 제1 측벽(34) 및 상부 덮개(도시되지 않음)로 구성된다. 제1 측벽(34)의 상부에는 상부덮개가 개폐가능하게 장착된다. 설명의 편의를 위하여, 도면에서는 상부 덮개를 생략하여 나타내었다. 제1 바닥(32)과 제1 측벽(34)에 의해서 한정되는 제1 본체(30)의 내부공간 중앙위치에는 헤파필터(hepa filter)와 같은 복수의 필터들(36)이 배치된다.
복수의 필터들(36)은 초미세먼지까지 제거가 가능하여 유해 오염물질 제거효과를 극대화할 수 있도록 H12등급 이상을 적용하고, 냄새제거 및 살균기능 강화를 위해 특수개발된 카본나노코팅 부직포 프리필터를 장착하여 사용한다. 복수의 필터들(36)은 매연, 미세먼지, CO 등 외기에 함유된 도로환경의 유해 오염물질을 제거할 뿐만아니라, 실내공기의 이산화탄소 및 바이러스 확산 방지에도 효과가 있다. 바람직하게는, 복수의 필터들(36)은 제1 본체(30)의 내부 중앙위치에서 마름모꼴 형태로 배치된다. 이때, 제1 본체(30)의 내부 중앙위치에서 복수의 필터들(36)에 의해서 별도의 공간이 한정되는데, 이 공간에는 열교환소자(40)가 배치된다. 열교환소자(40)는 온도차가 있는 실내 및 실외 공기를 서로 다른 유로로 통하게 하되, 서로 다른 유로의 층을 형성하는 고효율의 열교환 막에 의하여 현열을 교환하는 열에 의해 열교환을 일으키도록 한다.
제1 본체(30)의 내부공간 중앙위치에서 복수의 필터들(36)의 인접위치에는 UV 살균램프(42a,42b)가 배치된다. UV 살균램프(42a,42b)는 외기는 물론 실외로 배출되는 공기까지 살균처리하게 된다. UV 살균램프(42a,42b)는 제1 본체(30)의 제1 바닥(32)에서 복수의 필터들(36)의 좌우측에 대칭적으로 배치되는데, 제1 본체(30)의 길이방향에 대해서 수직한 방향으로 제1 본체(30)의 제1 바닥(32)을 가로질러서 연장 배치된다.
제1 본체(30)의 내부공간은 설명의 편의상 제1 본체(30)의 제1 바닥(32)을 가로질러서 설치된 UV 살균램프(42a,42b)와 상기 제1 본체(30)의 상기 제1 측벽(34)을 경계로 하여 3개의 공간으로 분할할 수 있는데, 이 3개의 공간은 편의상 제1 컴파트먼트(first compartment)(51), 제2 컴파트먼트(second compartment)(52) 및 제3 컴파트먼트(first compartment)(53)로 구분하여 나타낼 수 있다(도 7 참조).
도 6 및 도 7에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복합형 환기장치(10)의 구성 및 작동상태가 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 3개로 분할된 제1 본체(30)의 내부공간을 설명의 편의상 도면의 좌측부터 우측방향을 따라서 제1 컴파트먼트(51), 제2 컴파트먼트(52) 및 제3 컴파트먼트(53)로 구분하여 나타낸다. 위에서 설명한 열교환소자(40)와 필터들(36)은 상기 제2 컴파트먼트(52) 내에 위치하게 된다.
A/L 축열식 열교환기(20)는, 버스나 승합차와 같은 차량의 루프(roof)에 설치되되, 제1 본체(30)의 길이방향에 대해서 수직한 방향으로 제1 본체(30)의 내부공간을 가로질러서 연장 배치된 UV 살균램프(42a,42b)를 기준으로 하여, 제1 컴파트먼트(51)는 실외쪽으로 노출되고 제3 컴파트먼트(53)는 실내쪽으로 노출되도록 설치된다.
제1 컴파트먼트(51) 내에는 흡기팬(61) 및 내부청소운전 제어댐퍼(62)가 배치되고, 제1 컴파트먼트(51)에 인접한 제1 측벽(34)의 일측에는 실외 공기를 제1 본체(30) 내로 흡입하는 외기흡입포트(OA)(71)가 설치된다. 외기흡입포트(OA)(71)에는 상기 흡기팬(61)이 연통하도록 배치된다. 또한, 제1 컴파트먼트(51)에 인접한 제1 측벽(34)의 타측에는 제1 본체(30) 내로 흡입된 실내 공기를 실외로 배출하는 내기배출포트(EA)(72)가 설치된다.
제3 컴파트먼트(53) 내에는 배기팬(63) 및 축열시스템 제어댐퍼(64)가 배치되고, 제3 컴파트먼트(53)에 인접한 상기 제1 바닥(32)의 일측에는 실내 공기를 제1 본체(30) 내로 흡입하는 내기흡입포트(RA)(73)가 설치된다. 내기흡입포트(RA)(73)는 상기 제1 바닥(32)으로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성된다. 내기흡입포트(RA)(73)에는 배기팬(63)이 연통하도록 배치된다.
또한, 제3 컴파트먼트(53)에 인접한 상기 제1 바닥(32)의 타측에는 흡입된 실외공기를 실내로 공급하기 위한 외기공급포트(SA)(74)가 설치된다. 외기공급포트(SA)(74)는 상기 제1 바닥(32)으로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성된다. 상기 내기흡입포트(RA)(73)와 상기 외기공급포트(SA)(74)는 상기 A/L 축열식 열교환기(20)의 저면을 나타낸 도 4에 잘 도시되어 있다.
상기 내기흡입포트(RA)(73)와 상기 외기공급포트(SA)(74)의 외부에는 실내 에어벤트 챔버(80)가 상기 내기흡입포트(RA)(73)와 상기 외기공급포트(SA)(74)를 에워싸도록 장착된다.
도 5는 상기 A/L 축열식 열교환기(20)의 저면상에 실내 에어벤트 챔버(80)가 장착된 상태를 나타낸 도면이다. 도 6내지 도 8에는 상기 실내 에어벤트 챔버(80)의 구조가 자세하게 도시되어 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 상기 실내 에어벤트 챔버(80)는 상부가 개방된 함체형상의 제2 본체(82)를 기지며, 상기 함체형상의 제2본체(82)의 내부에는 하향으로 넓어지게 형성된 원뿔형상의 확산 구조물(87)의 형성되어 있고, 상기 제2 본체(82)의 사방 제2 측벽(81)에는 상기 확산 구조물(87)에 의해 확산된 확산 공기가 공급되게 하는 하는 하나이상의 외기 공급구(84)가 형성된다. 상기 제2 본체(82)의 제2 바닥(83)에는 다수의 내기 흡입구들(86)이 형성된다.
이와 같이 구성된 복합형 환기장치(10)는 도 8에 나타낸 바와 같이 버스나 승합차와 같은 차량(V)의 루프(roof)에 설치하여 운용된다. 상기 복합형 환기장치(10)의 A/L 축열식 열교환기(20) 본체의 내기흡입포트(RA)(73) 및 내기배출포트(EA)(72)를 통해 버스나 승합차의 실내 공기를 실외로 배출하고 외기흡입포트(OA)(71) 및 외기공급포트(SA)(74)를 통해 신선한 실외공기를 버스나 승합차의 실내로 공급할 수 있다.
하기에서는 전술한 바와 같이 구성된 복합형 환기장치(10)의 작동과정에 대해 간략하게 설명한다.
상기 복합형 환기장치(10)가 작동을 하게 되면, 상기 A/L 축열식 열교환기(20)의 제1 본체(30)내에서 제1 컴파트먼트(51)에 배치된 흡기팬(61)이 구동하면서 새로운 실외공기가 외기 흡입포트(OA)(71)를 통해서 도입되고, 이렇게 도입된 외부공기는 상기 제1 본체(30)의 내부를 대각선 방향으로 유동하여 외기 공급포트(SA)(74)와 실내 에어벤트 챔버(80)의 외기 공급구(84)를 거쳐서 버스나 승합차와 같은 차량(V)의 내부로 안내된다.
반면에, 상기 A/L 축열식 열교환기(20)의 제1 본체(30)내에서 제3 컴파트먼트(51)에 배치된 배기팬(63)이 구동하면서 차량의 실내공기가 실내 에어벤트 챔버(80)의 내기 흡입구(86)를 거쳐서 내기 흡입포트(RA)(73)를 통해서 도입되고, 이렇게 도입된 실내공기는 상기 제1 본체(30)의 내부를 대각선 방향으로 유동하여 내기 배출포트(EA)(72)를 거쳐서 외부로 배출된다. 이에 의해, 차량의 내부에 잔류하던 미세먼지나 VOC 등 실내오염물질이 외부로 배출될 수 있으므로, 차량 내부가 쾌적한 상태가 된다.
상기 복합형 환기장치(10)의 제1 본체(30) 내부에 실외공기를 실내로 안내하는 흡입유로(SFP)(도 7 참조)와 차량의 실내공기를 실외로 안내하는 배출유로(EFP)(도 8 참조)는 대각선으로 서로 교차하도록 제공된다. 상세하게는, 흡입유로(SFP)에 외기 흡입포트(OA)(71)와 외기 공급포트(SA)(74)가 유체 연결되어 있고, 배출유로(EFP)에 내기 흡입포트(RA)(73)와 내기배출포트(72)가 유체 연결되어 있다. 흡입유로(SFP)와 배출유로(EFP)상에 각각 배치된 흡기팬(61)과 배기팬(63)의 동작에 따라 실외공기와 실내공기가 각각 흡입유로(SFP)와 배출유로(EFP)를 따라 원활하게 유동함으로써, 실내의 환기가 신속하게 이루어질 수 있는 것이다.
이와 같이, 흡입유로(SFP)와 배출유로(EFP)는 실내로 흡입되는 실외공기와 실외로 배출되는 실내공기가 서로 열교환될 수 있도록 그 중도에서 서로 교차하도록 되어 있으며, 그 교차지점에는 흡입유로(SFP)를 따라서 유동하는 공기와 배출유로(EFP)를 따라서 유동하는 공기가 서로 혼합되지 않으면서도 서로 열교환할 수 있게 하는 열교환소자(40)가 배치되어 있다.
외부의 공기와 실내공기가 열교환소자(40)를 통과하면서 서로 교차할 때, 실내 공조 열에너지를 회수하여 실내로 유입되는 새로운 공기에 전달함으로써, 차량(V) 실내의 공기온도 조절에 소모되는 에너지를 절감할 수 있게 된다.
종래의 버스나 승합차에서는 환기등을 목적으로 창문을 열게 되면, 외부의 공기가 그대로 차량의 실내로 유입되어 차량의 탑승자가 덥거나 차가운 공기에 그대로 노출되어 불쾌감을 느끼게 되고 외기의 온도에 따라서 실내온도가 급격하게 상승하거나 저하하는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면, 외부의 공기와 실내공기가 열교환소자(40)를 통과하면서 서로 열교환을 하게 되어 이러한 문제점이 완벽하게 해결되는 것이다.
한편, 차량의 내부로 도입될 외기는 겨울철을 제외하고는 일반적으로 온도가 낮고 이산화탄소(CO2)의 함량이 낮을 수 있는 반면에, 실내공기는 버스나 승합차에 탑승하고 있는 사람들의 체온 등에 의해 온도가 상대적으로 높을 수 있으며, 사람들의 호흡에 의해 이산화탄소(CO2)의 함량이 높을 수 있다. 상기 복합형 환기장치(10)의 제1 본체(30) 내부에 배치된 복수의 필터들(36)은 매연, 미세먼지, CO 등 외기에 함유된 도로환경의 유해 오염물질을 제거할 뿐만아니라, 실내공기의 이산화탄소(CO2) 및 바이러스의 확산 방지에도 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합형 환기장치(10)에서는, 냉난방 가동시에 환기동작 및 외기도입 차단상태로 운전하여, 상기 A/L 축열식 열교환기(20)에 실내 냉방 또는 난방을 통해서 차가워지거나 데워진 공기를 제공하여 외기 도입시(=환기운전) 실내온도와 최대한 근접한 온도로 반입할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따른 복합형 환기장치(10)는 향후 전기 자동차 및 특장차, 대형 대중 교통 시스템 등의 환기 시스템에 활용이 될 수 있으며, 냉방과 난방 작동시 환기로 인해 발생하는 에너지 손실을 크게 저감시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 복합형 환기장치 20 : A/L 축열식 열교환기
30,82 : 본체 32,83 : 바닥
34,81 : 측벽 36 : 필터
40 : 열교환소자 42a,42b : UV 살균램프
51,52,53 : 컴파트먼트(compartment) 61 : 흡기팬
62 : 내부청소운전 제어댐퍼 63 : 배기핀
64 : 축열시스템 제어댐퍼 71 : 외기 흡입포트(OA)
72 : 내기 배출포트(EA) 73 : 내기 흡입포트(RA)
74 : 외기 공급포트(SA) 80 : 실내 에어벤트챔버
84 : 외기 공급구 86 : 내기 흡입구
V : 차량

Claims (5)

  1. 차량용 공기질 관리를 위한 폐열회수 및 축열 기능을 갖는 복합형 환기장치(10)로서,
    A/L 축열식 열교환기(20) - 상기 열교환기(20)는 함체형상의 제1 본체(30)를 구비하며, 상기 제1 본체(30)의 내부공간 중앙위치에는 복수의 필터들(36)이 마름모꼴 형태로 배치되고, 상기 복수의 필터들(36)에 의해서 한정되는 공간에는 열교환소자(40)가 배치되며, 상기 제1 본체(30)의 내부공간 중앙위치에서 상기 필터들(36)의 인접위치에는 UV 살균램프(42a,42b)가 배치되되, 상기 UV 살균램프(42a,42b)는 상기 제1 본체(30)의 제1 바닥(32)에서 상기 필터들(36)의 좌우측에 대칭적으로 배치됨 -; 및
    상기 A/L 축열식 열교환기(20)의 하부면상에 일체로 결합되는 실내 에어벤트 챔버(80);를 포함하며,
    상기 제1 본체(30)의 내부공간은 상기 UV 살균램프(42a,42b)와 상기 제1 본체(30)의 제1 측벽(34)을 경계로 하여 제1 컴파트먼트(first compartment)(51), 제2 컴파트먼트(second compartment)(52) 및 제3 컴파트먼트(first compartment)(53)로 분할되고, 상기 제1 컴파트먼트(51)에는 흡기팬(61) 및 내부청소운전 제어댐퍼(62)가 배치되고, 상기 제2 컴파트먼트(52)에는 상기 열교환소자(40)와 상기 필터들(36)이 배치되며, 제3 컴파트먼트(53) 내에는 배기팬(63) 및 축열시스템 제어댐퍼(64)가 배치되되,
    상기 제1 컴파트먼트(51)에 인접한 상기 제1 측벽(34)의 일측에는 외기흡입포트(OA)(71)가 설치되며, 상기 외기흡입포트(OA)(71)에는 상기 흡기팬(61)이 연통하도록 배치되고, 상기 제1 컴파트먼트(51)에 인접한 상기 제1 측벽(34)의 타측에는 내기배출포트(EA)(72)가 설치되며, 상기 제3 컴파트먼트(53)에 인접한 상기 제1 바닥(32)의 일측에는 내기흡입포트(RA)(73)가 설치되되, 상기 내기흡입포트(RA)(73)는 상기 제1 바닥(32)으로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성되고, 상기 내기흡입포트(RA)(73)에는 배기팬(63)이 연통하도록 배치되며, 상기 제3 컴파트먼트(53)에 인접한 상기 제1 바닥(32)의 타측에는 외기공급포트(SA)(74)가 설치되되, 상기 외기공급포트(SA)(74)는 상기 제1 바닥(32)으로부터 수직 하방향으로 일정길이만큼 연장하여 형성되며,
    상기 실내 에어벤트 챔버(80)는 상기 내기흡입포트(RA)(73)와 상기 외기공급포트(SA)(74)를 에워싸도록 상기 A/L 축열식 열교환기(20)의 하부면상에 장착되되,
    상기 실내 에어벤트 챔버(80)는 상부가 개방된 함체형상의 제2 본체(82)를 가지며, 상기 함체형상의 제2본체(82)의 내부에는 하향으로 넓어지게 형성된 원뿔형상의 확산 구조물(87)의 형성되어 있고, 상기 제2 본체(82)의 사방 제2 측벽(81)에는 상기 확산 구조물(87)에 의해 확산된 확산 공기가 공급되게 하는 하나이상의 외기 공급구(84)가 형성되고, 상기 제2 본체(82)의 제2 바닥(83)에는 다수의 내기 흡입구들(86)이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합형 환기장치.
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